硕士1001班信息光电子思考题解答汇总
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硕士1001班信息光电子技术内部资料,仅供参考。
1光子具有极高的信息容量和效率,极快的响应能力,极强的互连能力与并行能力,极大的存储能力。
光子静止质量为零,但是可以传输电磁能和动能,也可以传输偏振特性。
光子在真空中以光速传播,在其他介质中速度会有所减小。
光子没有自旋,电子有自旋.电子是费米子,带基本电荷,具有空间局域性。
它可以是信息的载体,也可以是能量的载体。
作为信息载体时,可以通过金属导线或无线电波在自由空间进行传递。
电载信息的主要储存方式为磁储存。
光子是玻色子,电中性,没有空间局域性而具有时间可逆性。
它可以是信息的载体,也可以是能量的载体。
作为信息载体时,可以通过光纤(光缆)或自由空间进行传递,光载信息的主要存储方式为光储存。
光子具有的优异特性:光子具有极高的信息容量和效率,光子具有极快的响应能力,具有极强的互连能力与并行能力,光子具有极大的存储能力。
2、为什么说光波是理想的信息载体,光纤是理想光信息传输介质?->发送信号的频率越高(波长越短),可载送的信息量就越多.光波范围包括红外线、可见光、紫外线,波长范围为300um~6*10-3um,光波的波长远远比无线电波波长短,所以目前可以认为光波是理想的信息载体。
->光纤是理想的光信息传输介质:1.传输频带宽,通信容量大。
2.信息传输的损耗小,容易实现长中继距离的传输。
3.可用光纤作为传输,介质损耗小(可达到0.2dB/km),传输速率大(50Tbit/s)。
3、描述半导体激光器激光产生的过程。
半导体激光器的材料应如何选择?首先,由外界的泵浦作用使增益介质处于激发态;然后,自发辐射开始发生,产生一系列具有不同波长的光子源;有些光子经过频率选择并获得了反馈,重新进入增益介质;这些被反馈会回来的光子会使处于激发态的增益介质受激跃迁,并发生受激辐射,产生更多与之相同的光子;上述过程反复发生,直到激光器中只有经过选频的频率和增益大于损耗的光频率存在。
光电子技术课后习题
一、简单题:
1.光电子技术是什么?
答:光电子技术是利用光来进行电子学和数字信号处理的技术。
它通
常涉及对光来源、光传输设备,以及用于处理光信号的光电子设备的
研究和设计。
2.请简要描述“光电子技术”中“光”的概念?
答:“光”是经典物理学中指可以传播的电磁波。
它包含有人眼
能够感知的可见光,也包括无法人类感知的紫外线和X射线。
在光电
子技术中,光被用作传播信息,而且可以用来进行光信号的处理。
3.什么是A/D变换?
答:A/D变换是模数转换的一种,它可以将连续的模拟信号转换为
数字信号。
A/D转换的过程包括量化和编码两个步骤,量化步骤决定信
号的精度,编码步骤决定信号的传输率。
二、应用题:
1.请描述光电子技术在通信中的应用?
答:光电子技术在通信中的应用十分广泛,例如,光纤技术可以
用来传输大容量的信息,而探测器和放大器可以用来增强信号的功率
和质量。
此外,光电子元件也可以用于处理通信信号,例如基带处理、数据采样和数据编码等。
2.什么是光学探测器,它有哪些用途?
答:光学探测器是一种用来检测和探测光信号的光电子器件,它
可以将光信号转换为电信号,然后输出至外部电路。
光学探测器在光
电子领域有着广泛的应用,它可以用来检测光信号的强度,传输信息,或者监测和识别光信号。
省考研电子信息科学与技术复习指南重点知识点总结与习题精选1. 信号与系统1.1 时域与频域分析信号的时域与频域分析是信号与系统领域中的基础内容。
时域分析关注信号的时序特征,以时间为自变量进行分析;频域分析关注信号的频率特征,以频率为自变量进行分析。
常用的时域分析方法有冲激响应法、差分方程法;频域分析方法有傅立叶变换、拉普拉斯变换等。
1.2 线性时不变系统线性时不变系统是信号与系统中的重要概念,具备线性性与时不变性两个特点。
线性时不变系统的性质分析对于理解信号与系统的行为非常重要,常用的方法有冲激响应法,频率响应法等。
1.3 卷积定理与卷积运算卷积定理是信号与系统领域中的重要定理,它通过傅立叶变换将时域中的卷积运算转化为频域中的乘积运算,简化了计算复杂度。
掌握卷积定理及卷积运算的性质有助于分析信号与系统的相互作用。
2. 数字信号处理2.1 离散傅立叶变换(DFT)离散傅立叶变换是数字信号处理中的重要工具,用于将离散时间域信号转化为离散频率域信号。
离散傅立叶变换的快速算法(FFT)大大提高了运算效率。
2.2 差分方程与差分方程的解析差分方程是数字信号处理中常用的描述系统行为的数学模型。
通过求解差分方程,可以得到系统的时域特性,进而分析系统的稳定性、响应等。
2.3 采样定理与重建采样定理指出,采样频率必须大于等于信号中最高频率的两倍,才能完整地恢复原始信号。
重建是指通过采样信号还原出原始信号。
采样定理和重建算法的理解对于保证采样与重建的正确性至关重要。
3. 通信系统3.1 调制与解调技术调制与解调是通信系统中的关键技术,通过将原始信号调制到载波上进行传输,减小了信号的传输损失,提高了抗干扰能力。
常见的调制技术有调幅、调频、调相等。
3.2 信息传输与信道编解码信息传输是指将源编码后的信息通过信道进行传输的过程。
信道编解码是为了提高信号传输的可靠性和抗干扰能力,常用的编解码技术有纠错编码、调制解调编码等。
习 题11.1 设在半径为R c 的圆盘中心法线上,距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ,如图所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
解答:因为ΩΦd d ee I =,且在立体角内的辐射通量全部照在面元上。
面元的 ⎰⎰Φ=Φ=Φ⇒Ω=Φe e e e e d I d I d d e 根据立体角定义可知:2cos d l ds α=Ω,这里的0=α,代入上式, 得到:202e πd l R I I c e e =Ω=Φ⎰解答完毕。
1.2 如图所示,设小面源的面积为∆A s ,辐射亮度为L e ,面源法线与l 0的夹角为θs ;被照面的面积为∆A c ,到面源∆A s 的距离为l 0。
若θc 为辐射在被照面∆A c 的入射角,试计算小面源在∆A c 上产生的辐射照度。
解答:因为ss es e e A I ds dI L θθcos cos ∆==,推出:s s e e A L I θcos .∆= 又因为Ω∆=Φ⇒ΩΦ=d A L d I s se e ee θcos .d d第1题图第2题图推出:202cos .cos .cos .cos .cos .l A A L l ds A L d A L cc s s e cs s e s s e e θθθθθ∆∆==∆=Ω∆=Φ⎰⎰最后根据2cos .cos .d d l A L AE cc s e ee θθ∆=Φ=⎰ 解答完毕。
1.31.4 霓虹灯发的光是热辐射吗?霓虹灯是离子发光,不是热辐射。
1.51.6 从黑体辐射曲线图可以看出,不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长λm 随温度T 的升高而减小。
试由普朗克热辐射公式导出 常数=T m λ。
这一关系式称为维恩位移定律,其中常数为2.898⨯10-3m ∙K 。
解答:在普朗克公式 ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛=1exp 252T k hc hc T M B b e λλπλ中,为运算简便起见,令212hc C π=,Tk hcx B λ=则λλλd Tx hck d Tk hc dx B B 22-==将上述各量代入普朗克公式中,得到:()()1555551-=x B b e e c h Tk x C T M λ根据维恩位移定:()()()015.125455551=---=x xx B b e e e x x e c h T k C dx T dM λ 推出055=--xx xe e ,用近似法解此超越方程,得到:965.4965.4B m m B k hcT Tk hc x =⇒==λλ,代入数据可以求得等式右边是常数,其值为()K m ⋅⨯-310898.2解答完毕。
光电信息科学与工程基础知识单选题100道及答案解析1. 光的本质是()A. 粒子B. 波C. 波粒二象性D. 以上都不对答案:C解析:光具有波粒二象性,既有波动性又有粒子性。
2. 以下哪种现象不能用光的波动性解释()A. 光的干涉B. 光的衍射C. 光电效应D. 光的偏振答案:C解析:光电效应只能用光的粒子性来解释。
3. 可见光的波长范围大约是()A. 400nm - 760nmB. 200nm - 800nmC. 380nm - 780nmD. 100nm - 1000nm答案:C解析:可见光波长通常认为是380nm - 780nm。
4. 光在真空中的传播速度是()A. 3×10^5 m/sB. 3×10^6 m/sC. 3×10^7 m/sD. 3×10^8 m/s答案:D解析:光在真空中的传播速度约为3×10^8 m/s。
5. 以下哪种材料不是光电材料()A. 硅B. 铜C. 砷化镓D. 磷化铟答案:B解析:铜不是常见的光电材料,硅、砷化镓、磷化铟常用于光电领域。
6. 光电探测器的主要性能指标不包括()A. 响应度B. 灵敏度C. 分辨率D. 硬度答案:D解析:硬度不是光电探测器的性能指标,响应度、灵敏度、分辨率是常见的性能指标。
7. 太阳能电池的基本原理是()A. 光电效应B. 光热效应C. 光伏效应D. 光化学效应答案:C解析:太阳能电池基于光伏效应工作。
8. 以下哪种不是发光二极管的优点()A. 寿命长B. 功耗低C. 响应速度慢D. 颜色丰富答案:C解析:发光二极管响应速度快,而不是慢。
9. 光纤通信中使用的光源通常是()A. 发光二极管B. 激光二极管C. 白炽灯D. 日光灯答案:B解析:激光二极管是光纤通信中常用的光源。
10. 光的折射定律是()A. n1sinθ1 = n2sinθ2B. n1cosθ1 = n2cosθ2C. n1tanθ1 = n2tanθ2D. n1cotθ1 = n2cotθ2答案:A解析:这是光的折射定律的表达式,其中n1、n2 是两种介质的折射率,θ1、θ2 是入射角和折射角。
光电子习题及答案光电子习题及答案光电子学是研究光与电子相互作用的学科,它广泛应用于光电器件、光通信、光储存等领域。
在学习光电子学的过程中,习题是检验自己理解和掌握程度的重要方式。
下面,我们来讨论一些光电子学的习题及其答案。
1. 什么是光电效应?它与光子和电子之间的相互作用有什么关系?光电效应是指当光照射到金属或半导体表面时,会引起电子的发射现象。
光电效应的基本过程是光子与金属或半导体中的电子相互作用,使得电子获得足够的能量从而逃逸出材料表面。
光电效应的关键在于光子的能量必须大于或等于材料中电子的逸出功,才能引起电子的发射。
2. 什么是光电子倍增管?它的工作原理是什么?光电子倍增管是一种利用光电效应和二次发射效应来放大光信号的器件。
它由光阴极、倍增极、收集极和阳极组成。
当光照射到光阴极上时,光子与光阴极表面的电子发生光电效应,产生光电子。
这些光电子经过倍增极的二次发射作用,使得光电子的数量增加。
最后,这些光电子被收集极吸收,产生电流信号,经过放大后输出到阳极。
3. 什么是光电二极管?它与普通二极管有什么不同?光电二极管是一种利用光电效应来转换光信号为电信号的器件。
它由光阴极、势阻极和阳极组成。
当光照射到光阴极上时,光子与光阴极表面的电子发生光电效应,产生光电子。
这些光电子经过势阻极的势垒层,产生电流信号,经过放大后输出到阳极。
与普通二极管相比,光电二极管对光信号更加敏感,能够将微弱的光信号转换为电信号。
4. 什么是光通信?它的优势和应用领域有哪些?光通信是利用光信号传输信息的通信方式。
它通过光纤或自由空间传输光信号,具有大带宽、低损耗、抗干扰等优势。
光通信广泛应用于电话、互联网、电视等领域。
在长距离通信中,光通信可以实现高速、大容量的数据传输,满足现代社会对通信带宽的需求。
此外,光通信还被用于军事通信、卫星通信等领域。
5. 什么是光储存?它的原理和应用有哪些?光储存是利用光信号存储和读取信息的技术。
光电子技术课后答案期末考试一、简答题(共10题,每题2分)1.光电效应是指什么现象?请举例说明。
光电效应是指当光照射到金属表面时,金属中的自由电子被光子激发后脱离金属表面成为自由电子的现象。
例如,太阳能电池中的光电效应将太阳光转化为电能。
2.光纤通信的工作原理是什么?光纤通信是利用光纤作为传输介质,通过光的全反射来传输信号。
光信号被转换为光脉冲后,通过发射器发送到光纤中。
光脉冲沿着光纤传输,在传输过程中会发生衰减和色散,因此需要使用光纤放大器和补偿器来补偿这些损耗。
最后,光脉冲到达接收器,转换为电信号进行解析和处理。
3.请简述激光有哪些特点,并说明其应用领域。
激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特点。
单色性指激光是单一频率的光束;方向性指激光具有非常狭窄的束发散角,能够聚焦在非常小的区域;相干性指激光光束的波长相位关系保持稳定;高亮度指激光具有很高的光功率密度。
激光的应用领域非常广泛,包括激光加工、医疗器械、通信、测量仪器等。
它在材料切割、焊接、打标、光刻等方面有重要应用;在医学领域,激光被用于手术切割、皮肤美容等;在通信领域,激光被用于高速光纤通信;在测量仪器中,激光被用于测距、测速等。
4.光栅的工作原理是什么?光栅是一种光学元件,可以通过光的干涉作用将入射光分解成多个不同波长的次级光波。
光栅的工作原理基于光的干涉,当入射光线通过光栅时,光栅上的间隙会产生光的干涉,使得光被分解成不同波长的光,从而形成光的光谱。
光栅的分辨本领取决于光栅的刻线数量和入射光的波长。
5.请简述光电二极管的结构和工作原理。
光电二极管是一种半导体器件,其结构由P型半导体和N型半导体组成。
当光线照射到P-N结上时,光子激发了半导体材料中的电子,使其跃迁到导带中,产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对在电场的作用下会转移到两侧的电极上,产生电流。
6.光电二极管的特性曲线是什么样的?光电二极管的特性曲线呈现出光电流和反向饱和电流之间的关系。
第一章1. 光电子器件按功能分为哪几类?每类大致包括哪些器件?光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件、光显示器件。
光源器件分为相干光源和非相干光源。
相干光源主要包括激光器和非线性光学器件等。
非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。
光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。
光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。
光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器等。
光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。
光显示器件包括CRT、液晶显示器、等离子显示器、LED显示。
2.谈谈你对光电子技术的理解。
光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术,以光源激光化,传输波导(光纤)化,手段电子化,现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征,是一门新兴的综合性交叉学科。
⒌据你了解,继阴极射线管显示(CRT)之后,哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体?等离子体显示(PDP),液晶显示(LCD),场致发射显示(EL),LED显示。
第二章:光学基础知识与光场传播规律⒈ 填空题⑴ 光的基本属性是光具有波粒二象性,光粒子性的典型现象有光的吸收、发射以及光电效应等;光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振等。
⑵ 两束光相干的条件是频率相同、振动方向相同、相位差恒定;最典型的干涉装置有杨氏双缝干涉、迈克耳孙干涉仪;两束光相长干涉的条件是(0,1,2,)m m δλ==±±L L ,δ为光程差。
⑶两列同频平面简谐波振幅分别为01E 、02E ,位相差为φV ,则其干涉光强为22010201022cos E E E E φ++V ,两列波干涉相长的条件为2(0,1,2,)m m φπ==±±V L L ⑷波长λ的光经过孔径D 的小孔在焦距f 处的衍射爱里斑半径为1.22f D λ。
硕士1001班信息光电子技术内部资料,仅供参考。
1光子具有极高的信息容量和效率,极快的响应能力,极强的互连能力与并行能力,极大的存储能力。
光子静止质量为零,但是可以传输电磁能和动能,也可以传输偏振特性。
光子在真空中以光速传播,在其他介质中速度会有所减小。
光子没有自旋,电子有自旋.电子是费米子,带基本电荷,具有空间局域性。
它可以是信息的载体,也可以是能量的载体。
作为信息载体时,可以通过金属导线或无线电波在自由空间进行传递。
电载信息的主要储存方式为磁储存。
光子是玻色子,电中性,没有空间局域性而具有时间可逆性。
它可以是信息的载体,也可以是能量的载体。
作为信息载体时,可以通过光纤(光缆)或自由空间进行传递,光载信息的主要存储方式为光储存。
光子具有的优异特性:光子具有极高的信息容量和效率,光子具有极快的响应能力,具有极强的互连能力与并行能力,光子具有极大的存储能力。
2、为什么说光波是理想的信息载体,光纤是理想光信息传输介质?->发送信号的频率越高(波长越短),可载送的信息量就越多.光波范围包括红外线、可见光、紫外线,波长范围为300um~6*10-3um,光波的波长远远比无线电波波长短,所以目前可以认为光波是理想的信息载体。
->光纤是理想的光信息传输介质:1.传输频带宽,通信容量大。
2.信息传输的损耗小,容易实现长中继距离的传输。
3.可用光纤作为传输,介质损耗小(可达到0.2dB/km),传输速率大(50Tbit/s)。
3、描述半导体激光器激光产生的过程。
半导体激光器的材料应如何选择?首先,由外界的泵浦作用使增益介质处于激发态;然后,自发辐射开始发生,产生一系列具有不同波长的光子源;有些光子经过频率选择并获得了反馈,重新进入增益介质;这些被反馈会回来的光子会使处于激发态的增益介质受激跃迁,并发生受激辐射,产生更多与之相同的光子;上述过程反复发生,直到激光器中只有经过选频的频率和增益大于损耗的光频率存在。
这时输出的激光实际上是从半导体激光器谐振腔中泄漏出来的激光,谐振腔中的激光强度要远大于输出的激光强度。
选择半导体激光器的材料首先应该考虑该材料的能带间隔,只有增益谱峰值在需要的波长上才是理想的材料,且必须存在可以让电子跃迁的空能级;另外,必须选择直接带隙材料,这样的材料能更有效地受激发射光子。
(激光的产生过程:讲稿2,43页。
半导体材料的选择:讲稿2,54~57页。
)4、要实现高效的半导体激光器,应如何设计其结构?对于实现高效的半导体激光器,主要从提高激光器的阈值特性,转换效率以及线宽特性等方面考虑。
在其结构设计中多采用双异质结的结构,以获得高效的器件效率。
1.实现了载流子的限制,双异质结结构在有源区形成了可以限制载流子的势阱,在有源区内载流子浓度很高,实现了很大的粒子数反转,极大增加了电光转换效率,阈值也得到降低。
2.条带状几何结构,将驱动电流限制在小有源区结构上,有源区上得到较大的电流密度,获得很高光增益,阈值降低,同时小的光发射区有利于光纤的耦合3.双异质结结构的LD不同部分折射率有差异,载流子浓度差也影响折射率分布,得到类波导结构,由此形成在有源区实现了全反射,腔内光子密度增大,阈值降低,同时光子出射方向受限,获得更好的方向性。
(以上是往届师兄的原稿,PPT中暂时没有找到双异质结的相关内容,LD设计部分参见讲稿2,73~91页。
)5、实现可调谐半导体激光器,主要有哪些方法?各自特点如何?可调谐半导体激光器主要有机械调谐,温控调谐,电控调谐几种方法实现调谐。
其中电控技术是通过改变注入电流实现波长的调谐,具有ns级调谐速度,较宽的调谐带宽,但输出功率较小,基于电控技术的主要有SG-DBR(采样光栅DBR)和GCSR(辅助光栅定向耦合背向取样反射)激光器。
温控技术是通过改变激光器有源区折射率,从而改变激光器输出波长的。
该技术简单,但速度慢,可调带宽窄,只有几个nm。
基于温控技术的主要有DFB(分布反馈)和DBR(分布布喇格反射)激光器。
机械控制主要是基于MEMS(微机电系统)技术完成波长的选择,具有较大的可调带宽、较高的输出功率。
基于机械控制技术的主要有DFB(分布反馈)、ECL(外腔激光器)和VCSEL(垂直腔表面发射激光器)等结构。
(分类见第二讲95页,104~125页。
特点见百度百科:可调谐激光器)6、直接调制与外调制的主要特征直接调制:通过调制半导体激光器有源区的注入电流将信息调制到发射光波上面。
优点:结构简单,紧凑,成本低,插入损耗小。
缺点:调制频率受到张弛振荡频率的限制,即使采用量子阱结构商用的调制速率小于10Gbit/s ;在直接调制中会产生严重的啁啾,限制了传输的范围。
调制消光比较外调制低。
输出不稳定,输出波长会随着驱动电流的变化而改变。
在脉冲前沿和后沿会有大的波长偏移。
只能用在低带宽短距离传输中。
应用:直接调制和高色散光纤结合运用可以实现增益开关,脉冲压缩,和短脉冲的产生(用作RZ 源)。
外调制:在激光器后面接一个外调制器优点:调制速率高,可以实现高速信号的调制,低的啁啾,调制产生边带少,低调制失真,高消光比,可以实现多种调制码型,格式。
缺点:需要除激光器额外的器件,增加成本,结构相对复杂,增加了额外的插损。
7.3LiNbO (铌酸锂)-MZ 强度调制与电吸收调制的主要工作原理。
在外界电场的作用下,由于电光效应,3LiNbO 晶体的折射率发生改变,横向和纵向传输的光的速度会不同,从而产生相位差,而利用MZ 调制器,我们又可以把位相差转化为对光强的调制。
根据3LiNbO 晶体的介电张量,我们可以知道,在外界电场的作用下,在3LiNbO 晶体中传输的光会发生相移,这相当于3LiNbO 晶体的折射率发生改变,所以我们可以通过改变3LiNbO 晶体中的电场来控制光通过该介质的相移大小,在3LiNbO -MZ 调制其中,光被分束进入3LiNbO -MZ 调制器的两支3LiNbO 臂中,当给这两臂分别加电场时就可以在这两臂得到不同的相移,在耦合处会发生干涉,干涉就会会产生强度调制。
演讲稿3/P(14-26)电吸收调制是一种损耗调制方式。
(只能进行强度调制)它利用Franz-Keldysh 效应和量子约束Stark 效应,工作在调整前的吸收边界波长上。
其工作原理是:改变调制器上的电压,使多量子阱(MQW )的吸收边界波长发生变化,进而控制光束的通断,实现调制。
当调制器无偏压时,光束处于通状态,输出功率最大,电压增大,多量子阱(MQW )吸收边移向长波长,于是原波长处的吸收系数变大,调制器成断状态,输出功率最小。
演讲稿3/P(10-11)/P408. 光纤中有哪些非线性效应?他们是如何产生的?并说明他们是如何影响光信息的传输的? (PPT 第6章66—155)光纤中的非线性效应主要有:受激拉曼散射(SRS ), 受激布里渊散射(SBS ),自相位调制(SPM ),交叉相位调制(XPM ),四波混频(FWM )。
SRS 和SBS 都是介质对光场的受激散射引起非弹性效应。
在这个过程中光场将部分能量转移至非线性介质。
其过程可以解释为:一个入射光场的光子湮灭,产生一个红移光子(Stokes 光)和一个具有适当能量和动量的声学/光学声子, 以满足能量/动量守恒。
出来的光子和原光子波长不同。
SBS 中,Stokes 光只能是背向散射;SRS 中可以是前向/背向散射。
SBS :(演讲稿5/138)由于光子和分子的相互作用,当入射光过强时,光纤的二氧化硅晶格产生光散射,形成频率偏移散射波,入射光的部分能量转给了后向散射光。
在SBS中,Stokes光只能是背向散射;SBS在朝向光源的方向上产生增益,会引起光源不稳定。
SRS: (演讲稿5/P116)是强激光的光电场与原子中的电子激发、分子中的振动或与晶体中的晶格相耦合产生的,具有很强的受激特性,即与激光器中的受激光发射有类似特性:方向性强,散射强度高。
SRS中可以是前向/背向散射。
SRS由于带宽很宽,在WDM系统中将造成信道间的耦合,使误码率增加。
另外,可以利用SRS效应采取大功率泵浦光形成拉曼放大器。
SBS,SRS的存在将引入功率代价,并使传输光波叠加强度噪声从而使光束质量变差。
SPM,XPM,FWM都是由介质中的非线性电极化率引起的弹性效应。
自相位调制(SPM):即信号光强的瞬时变化引起自身的相位调制。
光纤的折射率随信道功率而变,从而导致光脉冲前后沿的附加调相和频谱展宽(啁啾),经光纤色散转化为时域波形畸变。
这种展宽与信号的脉冲形状和光纤的色散有关。
在光纤正常色散区中,沿着光纤传输的信号经历暂时的较大展宽,但在异常色散区,光纤的色散效应和自相位调制效应可能会相互补偿,从而使信号的展宽小些。
互相位调制(XPM,CPM):WDM系统中,任一波长信号的相位受到其他波长信号强度起伏的影响,光纤色散再把这种相位调制转化为强度起伏,从而对系统的性能产生影响。
其主要应用有:(1)SOA中的XPM可用于全光逻辑门(全光XOR门等)(2)光开关(3)全光波长转换四波混频(FWM):光纤介质三阶极化实部作用产生的一种光波间耦合效应,是因不同波长的两三个光波相互作用而导致在其它波长上产生所谓混频产物,或边带的新光波,这种互作用可能发生于多信道系统的信号之间,可以产生三倍频、和频、差频等多种参量效应。
WDM 系统中信道间的相互作用产生新的频率,当其落入已有的信道带宽内时造成强度起伏引入信道间的相互串扰。
其主要应用有:(1)全光波长转换:将信号光的信息转移到闲频光(2)产生相位共轭波MI:另外由于一个信道本身有宽度,在传输过程中,信号谱线中心附近的噪声被放大,并通过类似于四波混频的过程转化为信号输出端的强度噪声。
这被称为调制不稳定MI。
26.如何实现光波相位共轭,相位共轭在光信息传输中有何应用?(讲稿5-115、讲稿8-6)答:光波相位共轭的实现方式有,四波混频,受激布里渊散射,其他的非线性效应如二波混频,三波混频,受激拉曼散射,光子回波,双光子吸收等等,最常用的是四波混频,受激布里渊散射。
如可采用四波混频实现相位共轭,通过输入的泵浦光和信号光的相互作用,可以产生出于信号光共轭的闲频光,从而实现了相位共轭。
在光信息传输中的应用有:对于多模光纤传输的脉冲信号,由于模色散而造成脉冲展宽,可以利用位相共轭波的再次同类或同一光纤时得到补偿而重新获得窄脉冲。
在光纤用作图像传输时,也可以利用类似原理改善由于模色散造成的图像模糊,其次,利用二波混频中的能量转移效应对输出光束进行调制,也是实现光通信中载波信号的一种新方法,位相光纤陀螺也是一种新运用,使用位相共轭还可以实现光学逻辑运算。
用于相位控制的信号处理、信号的中途谱反转。
通过中途谱反转(非线性)能够克服色散展宽,从而提高通信速率。